放線菌根瘤共生作用是指弗蘭克氏放線菌與非豆科植物形成根瘤或莖瘤並能固定分子態氮氣供植物利用的互利關係。空氣中存在著大量的分子態氮，它們約占空氣成分的80%。估計在整個大氣層中，約有4×1015 t的分子態氮。然而，絕大多數的植物只能從土壤中吸收結合態氮，用來合成自身的含氮化合物(如蛋白質等)。
根瘤菌在皮層細胞中迅速分裂繁殖，同時皮層細胞因根瘤侵入的刺激，也迅速分裂和生長，而使根的局部體積膨大，形成瘤狀突起，就是根瘤。根瘤菌從根瘤細胞中攝取它們生活所需要的水分和養料，它能固定游離氮、合成含氮化合物，為豆科植物所利用。豆科植物與根瘤菌的共生因得到氮素而獲高產.
